Las roturas de doble cadena: son un tipo de lesión que parte el ADN. Sus causas más frecuentes son la radiación ionizante y los compuestos químicos aunque también pueden originarse cuando la maquinaria de replicación encuentra otro tipo de daños (como un corte de cadena simple) así como en procesos de recombinación en los que aparecen como intermediarios

Son importantes porque con sólo una DSB (abreviación de roturas de doble hélice en inglés) se puede inducir con eficiencia la muerte celular (en organismos superiores) y porque una mala reparación de estas lesiones puede causar mutaciones, deleciones, o translocaciones. Estas últimas pueden generar cromosomas acéntricos o dicéntricos, también muy peligrosos para la célula.

Sistemas de reparación: Aunque la molécula de ADN es bastante inerte a la degradación espontánea o inducida por el entorno, su enorme tamaño hace inevitable que ocurran lesiones. Así, se estima que una célula metabólicamente activa de mamífero padece unas 10000 alteraciones diarias en su genoma. Para corregir las alteraciones la célula ha desarrollado sistemas que los detectan, señalizan y finalmente reparan la lesión. Estos sistemas suelen ser específicos de un tipo de lesión concreta. En este artículo el autor se centra en los sistemas que reparan los daños del tipo rotura de doble hélice.

Enfermedades y terapias: defectos en los sistemas de detección, señalización y/o reparación provocan:

- inviabilidad de la célula o el organismo
- envejecimiento acelerado
- aumentan las tasas de cáncer

El conocimiento detallado de estos sistemas podría abrir nuevas puertas en el tratamiento del cáncer y otras enfermedades humanas.

Reparación de las DBS por recombinación homóloga: esta es la ruta principal de reparación de DSB en organismos unicelulares. La RH (recombinación homóloga) implica la acción de los genes RAD50, MRE11 y XRS2 en S. cerevisiae, los productos de estos genes forman un complejo que produce un corte que extrae un segmento en los extremos 5′ de la zona donde está el DSB. A los extremos 3′ que resultas de ello se une la proteína Rad51, previa unión de Rad52 y 54. Rad 51 produce la invasión de cadena.

Finalmente el intermediario de Holliday se resuelve y sella (ligasa I). Es este un sistema preciso y fidedigno. Sólo se producen pérdidas de material genético cuando la zona lesionada está flanqueada por repeticiones directas. En humanos el homólogo de XRS2 es NBS1. Las alteraciones de éste y de Rad51 se asocian con el síndrome A-T y el síndrome de ruptura de Nijmegen. En humanos los genes de susceptibilidad al cáncer de mama, BRCA1 y BRCA2, parecen jugar una función de regulación de la RH.

Reparación de las DBS por unión no homóloga de extremos: mecanismo que los eucariotas superiores usan preferentemente. Básicamente consiste en que la ligasa IV repara la rotura en colaboración con una serie de proteínas: forma complejo junto con XRCC4 que se une al extremo de ADN lesionado cuando previamente se ha unido la proteína Ku, que aparte de a este complejo se une a la proteína kinasa dependiente de ADN (DNA-PKcs) y la activa en su función de fosforilación. Parece ser que mediante la fosforilación del complejo de la ligasa esta enzima regula el proceso activando temporalmente la acción de la ligasa, aunque también podría hacerlo interfiriendo en la estructura de la cromatina y/o interfiriendo con procesos competidores como la transcripción. Este mecanismo es bastante más propenso a cometer errores pero no necesita que haya una secencia hermana inalterada ni requiere recombinación, a diferencia del sistema anterior.

El proceso descrito de unión directa de los extremos de la rotura parece no ser el más frecuente sino que parece existir un procesamiento previo mediante actividad nucleasa, de lo cual se encarga en S. cerevisiae el complejo Rad50-Mre11-Xrs2 y en mamíferos, la proteína Artemis.

Señalización de las DSBs: la señalización consiste en parar el ciclo celular para que actúe la reparación en el sitio de la lesión. Molecularmente se conoce sólo que sucede una cascada de fosforilaciones que detienen la replicación, el ciclo celular y también la transcripción. En S. cerevisiae las enzimas halladas que intervienen son Mec1 y Tel1, cuyos homólogos en mamíferos son respectivamente ATR (proteína ataxiatelangiectasia) y ATM (proteína ataxia-telangiectasia mutada), todas ellas con actividad kinasa. La deficiencia de esta última conduce al síndrome homónimo. Parece ser que se unen al ADN en la lesión (o a una proteína previamente unida al ADN) y producen la señalización mediante la cascada de fosforilaciones.

Los resultados parecen indicar también que ante una lesión la ATM fosforila al supresor p53 y al gen BRCA (que vimos estaba implicado en la reparación por HR) lo cual refuerza la idea de que están en enzimas son las que disparan el estado de protección y reparación. Recientemente se han identificado otros genes implicados en la cascada de señalización, como es el LCD1 en levadura, cuyo producto se une a Mec1 y actúa sobre ella de manera aun no bien conocida, haciéndola reconocer la lesión, regulando su actividad quinasa o ayudandola a unirse a la lesión, no está aún claro.

Conexiones entre señalización de ADN dañado y reparación:

1.- En zonas circundantes a la rotura de doble hélice se observa que las histonas H2AX (una variante de la histona H2A) de las células de mamífero se encuentran fosforiladas y la estructura de la cromatina en esas zonas es abierta. Lo que sucede es que ante la rotura, las enzimas ATS y ATM (implicadas como hemos visto en la señalización) actúan fosforilando a esas histonas, produciéndose en consecuencia la relajación de la cromatina y facilitando por tanto la entrada de los sistemas de reparación en la zona dañada. El mecanismo es aún poco conocido.

2.- Por otra parte, se está demostrando que proteínas implicadas en la reparación pueden tener que ver con la señalización. Es el caso de Rad14 y Rad2 en levadura. Diferentes experiencias muestran que si estos genes están alteradas los daños no se reconocen. También ocurre con el complejo Rad50-Mrc11-Xrs2, pues cuando se halla mutado en levaduras, los mecanismos de checkpoint (la parada del ciclo celular para que ocurra la reparación) están ausentes.

Se ha demostrado que en la iniciación de checkpoints se encuentra la acción nucleasa de este complejo que actúa activando la ruta de señalización Tel1/Mec1. A la vez, daños en el ADN hacen que Tel1 fosforile a Xrs2 (ATM fosforila a NBS1 en mamíferos). La secuencia quedaría: Tel1 (de la cascada de señalización) reonoce (directa o indirectamente) la lesión y activa al complejo Rad-Mrc-Xrs que a su vez con su acción nucleasa inicia la detención del ciclo activando (directamente o indirectamente) a la señalización por cascada de fosforilaciones de Mec/Tel. Se dice que el bcomplejo Rad-Mrc-Xrs actúa como modulador de la señal de daño.

Inestabilidad genética en el cáncer humano causado por deficiencia en el sistema de reparación por emparejamiento

Este artículo trata de un ejemplo claro de cáncer relacionado con un sistema de reparación deficiente. Se trata de un tipo de cáncer (cáncer de inestabilidad en el microsatélite, abreviado MSI-H) muy concreto con un cierto fenotipo clínico, que surge cuando en el microsatélite1 (codificante y no codificante) se acumulan mutaciones, frecuentemente pequeñas deleciones que cambian el marco de lectura de los genes, que activan o desactivan genes funcionales entre los que se encuentran genes encargados de regular el crecimiento celular o la apoptosis, de lo cual deriva el tumor. La causa de que estas mutaciones en el microsatélite sean extraordinariamente altas en este cáncer se debe en la mayoría de los casos a que existe una mutación de base en los sistemas de reparación por emparejamiento, por lo que se trata de un cáncer hereditario. En el 10-15 % de los casos no es hereditario y se debe a un silenciamiento epigenético y bialélico de uno de los genes de ese sistema de reparación (hMLH1). Extrañamente, es cáncer MSI-H tiene una mayor incidencia en el sexo femenino, se desconoce la razón.

El origen hereditario también puede estribar en la mutación de un gen supresor de tumores aunque nunca son el APC ni el p53 (por lo menos en el cancer MSI-H de tipo colorrectal, que es el más estudiado). Tanto en caso de mutación en el sistema de reparación como en el de supresión de tumores tiene que haber homozigosis por razones obvias. Sin embargo, en algunos casos un cambio de marco puede originar que se vea afectado más de un gen con lo cual el efecto puede puede ser dominante negativo. No siempre se tienen que producir como consecuencia de la inestabilidad una inactivación, el ejemplo es que el TCF-4 (factor de transcripción) se ha encontrado en pacientes de esta enfermedad alterado de tal manera que no se unía al represor transcripcional CtBP, por lo que si hiperactivaba su función. El caso es que se observó que había una serie de genes (los que contenían microsatélite en su región codificante) que se hallaban mutados con gran frecuencia en los pacientes de MSI-H (el receptor tipo II para la hormona del crecimiento por poner un ejemplo) y que tenían una importante función represora de tumores o reparadora (por otra parte, otro grupo de genes mutados se presentaba con menor frecuencia, lo cual encajaba con su papel poco importante en la oncogénesis). Se empezaron a usar aquellos genes como “genes diana para le inestabilidad”, es decir, si en un análisis en una paciente se encontraban mutados se podía inferir que se trataba de un tumor MSI-H.

Más tarde se vio que con este mismo fin se podía usar el microsatélite no codificante (que por supuesto también se altera) como marcador aún más eficaz. Concretamente se establecieron 5 regiones de microsatélite, tales que ante la presencia de por lo menos 2 de ellos se podía aceptar que se trataba de un MSH-I. Es decir, si estudiando la muestra de un paciente observamos que dos de estas cinco regiones de microsatélite están alteradas podemos diagnosticar un cáncer MSI-H en ese paciente.

Los más representativos eran dos marcadores intrónicos (Bat-25 y Bat-26) debido a que son monomórficos en casi toda la población (presentan siempre el mismo número de repeticiones). Estudiando aún más el tema se observó que se podía establecer una relación entre el tamaño de la deleción en esos marcadores con el estado de progresión del cáncer: los tumores más avanzados presentaban cada vez más acortados los marcadores Bat, de manera que se podían utilizar a modo de relojes moleculares. Es decir, las muestras en que se observen pequeñas deleciones pertenecerán a un paciente con un cáncer incipiente o aún no activo mientras que cuando estén muy delecionados se tratará de tumores muy desarrollados.

Se observaba que en la progresión, el TGFâ-RII era casi siempre el primer gen en alterarse en las fases más tempranas de la la evolución tumoral (marcadores Bat casi completos) y que hacia el final (marcadores Bat casi inexistentes) se producía una alteración secundaria (porque hay que contar con la alteración primera que origina la inestabilidad) de genes del sistema de reparación por emparejamiento, lo cual a su vez realimentaba la fuente que mantenía la inestabilidad. Esto encajaba con el enfoque de los genes diana de inestabilidad.

La capacidad para diagnosticar con facilidad el cáncer MSI-H mediante estos métodos ha supuesto que sea uno de los que mejor pronóstico tienen, con una supervivencia (o ausencia de recurrencia durante 4 años) del 90% de los afectados.

1 Microsatélite: secuencias cortas que se repiten en tándem (una a continuación de otra). Son zonas del ADN difíciles de replicar en las que la polimerasa comete frecuentes errores. En individuos sanos el sistema de reparación por emparejamento los repara pero en personas con defectos en ese sistema se acumulan las mutaciones en el microsatélite, lo cual da nombre a esta patología: cáncer por inestabilidad del microsatélite.

Bibliografía:
- Detecting, signalling and repairing DNA double-strand breaks. S.P. Jackson. The Wellcome Trust and Cancer Research Campaign, Institute of Cancer and Developmental Biology, University of Cambridge. Julio 2001
- Genetic instability in human mismatch repair deficient cancers. Alex Duval & Richard Hamelin. Abril 2002

•Eubacterias Gram-positivas: el 90% de su pared celular está compuesta por cadenas de peptidoglicanos que contienen grandes cantidades de hidrógeno.

Los ácidos teiónicos (polisacáridos aniónicos ácidos) pueden encontrarse en la mayoría de este tipo de células y cuentan con un carbohidrato semejante a la glucosa, un fosfato y un alcohol (que puede ser ya sea glicerol ó ribitol). Estos ácidos se unen a los peptidoglicanos construyendo la parte integral de la pared celular.

Las Eubacterias Gram-positivas pueden mantener el pH de su pared relativamente bajo gracias a que los ácidos teiónicos son capaces de asimilar protones, hecho fundamental para la supervivencia de las mismas pues la capacidad de mantener un pH bajo impide la degradación de la pared celular por la posible acción de enzimas endógenas (autolisinas) que se encuentran en determinadas etapas del desarrollo y que por alteraciones del pH comienzan a destruir componentes de la membrana (autólisis).

Otra función importante de los ácidos teiónicos, es que al unirse a cationes como Ca2+ y Mg2+ actúan como sitios receptores.

Cuando las concentraciones de fosfato en el medio son bajas, los ácidos teióicos de la pared celular son sustiuidos por ácidos teicurónicos y de esta manera se evita el uso de los fosfatos que contienen los teiónicos; esto le permite a la célula seguir produciendo ATP y otros componentes celulares.

Los ácidos teicurónicos son cadenas de polisacáridos compuestas por ácidos urónicos y N-acetilglucosamina; se encargan de mantener la acidez en la pared con la ayuda de sus polisacáridos aniónicos.

•Eubacterias Gram negativas: casi no contienen peptidoglicanos en su pared celular; en lugar de los ácidos tióicos son lipoproteínas las que están unidas a los peptidoglicanos para formar parte integral de la pared.

Fuera de las cadenas de peptidoglicano se encuentran cadenas de lipopolisacarina (compuesto de lípidos unidos a a moléculas de carbohidratos), fosfolípidos y proteínas y en general no se consideran como componentes de la pared celular de las Eubacterias Gram negativas sino como parte fundamental de la región protoplasmática; la región protoplasmática se extiende desde la membrana externa hasta la pared celular.

•Membrana externa: en la mayoría de las Eubacterias Gram negativas, la membrana externa está unida con las cadenas de lipopolisacárido de la pared celular por medio de una lipoproteína compuesta de ácidos grasos asociados con la región hidrofóbica de la membrana externa y que al mismo tiempo permanece unida a las cadenas de peptidoglicanos de la pared. Se cree por lo anterior que esta liporoteína le otorga una mayor resistencia y estabilidad a la membrana externa de las Eubacterias Gram negativas.

Los componentes de la membrana externa son: lipopolisacarinas (LPS) que funcionan como endotoxinas cuando la célula se introduce en animales y que se construyen a partir de un lípido (conocido como lípido A ) que se une a la porción hidrofóbica de la membrana externa; el lípido A se compone a su vez de N-acetilglucosamina que es un disacárido unido por medio de enlaces ester a B-hidroximirística (hydroxymirystic); la B-hidroximirística se construye a partir de grupos específicos poco comunes de ácidos grasos, ácidos capróicos y ácidos láuricos.

La porción de LPS que permanece fuera del lípido A se consta de monómeros de polisacáridos conocidos como antígeno-O o como polisacárido-O; este antígeno contiene glucosa, galactosa, N-acetilglucosamina, azúcares de ocho carbonos, KDO ( en inglés ketodeoxyoctulosonic acid) y heptosas (azúcares de siete carbonos).

Los monómeros de polisacáridos generalmente también poseen azúcares de 3 o 5 carbonos cuya secuencia se repite cerca de 25 veces consecutivas. La composición y organización de los azúcares del polisacárido-O generalmente varía de una especie a otra.

Las bacterias Gram-negativas que viven en los tractos digestivos de animales como la Salmonella y la E. coli, suelen tener elaboradas repeticiones de las estructuras anteriores, mientras que las bacterias que habitan en lugares distintos como las Pseudomonas tienden a suspender la repetición de estos monómeros en sus LPS.

Las función de la membrana externa de Gram-negativas radica principalmente en funcionar como una especie de filtro de substancias seleccionando su entrada dependiendo del tamaño y peso de las mismas. Este trabajo es llebado a cabo por proteínas de membrana llamadas porinas; las porinas suelen encuentrarse agrupadas de tres en tres y contar con un canal que permite la difusión de substancias lo largo de la membrana.

•Membrana citoplasmática: selecciona la entrada de substancias impidiendo la entrada de moléculas hidrofílicas con excepción del agua, mientras que la membrana externa es menos permeable a las substancias hidrofóbicas y moléculas anfipáticas como los fosfolípidos.
El hecho de que las bacterias Gram-negativas sea mucho más selectiva con lo que se refiere a la entrada y salida de substancias que las Gram-positivas, les permite ser menos susceptibles a la mayoría de los antibióticos.

•Espacio periplasmático: es también conocido como gel periplásmico y se encuentra entre la membrana citoplasmática y la membrana externa; el espacio periplasmático es la estructura de la célula que cuenta con la mayor cantidad de peptidoglicanos en las Gram-negativas; los peptidoglicanos hacen del espacio periplasmático una estructura porosa que permite el intercambio de proteínas entre la membrana externa y la citoplasmática.
El espacio periplasmático también está formado por cadenas de proteínas, quimioreceptores, y enzimas como oxidasas y deshidrogenasas:

Cadenas de proteínas: están unidas a la membrana citoplasmática para facilitar el transporte de substancias dentro de la célula.

Quimioreceptores: son proteínas que se unen a substancias y dirigen a la célula para alejarla o acercarla a dichas substancias.

Enzimas hidrolíticas: catalizan macromoléculas en sus componentes más pequeños y de esta manera permiten su entrada al interior de la célula.

Bibliografía:
ATLAS M. Ronald. Principles of Microbiology. Editorial Mosby, 1995 E.U.

A partir de la información presente en el trabajo de Eugenia Silva-Herzog y Georges Dreyfus “El flagelo, órganelo locomotor de bacterias”, pude concluir que en realidad se desconoce gran parte de los mecanismos internos que permiten la modulación de la actividad flagelar y que el hecho de que los microorganismos suelan ser considerados como los seres vivos más simples que existen en la Tierra, no significa que carezcan de un alto grado de complejidad

Se han desarrollado múltiples modelos diferentes para explicar el mecanismo de rotación flagelar que se contradicen entre sí en puntos tan básicos como la fuente de energía usada en la rotación.

A pesar del empleo de avanzadas técnicas de análisis de estructuras microscópicas como las micrografías electrónicas, aún se desconoce la manera en que cada una de las partes del flagelo interactúan entre sí. El hecho de que los estudios se han realizado en especies específicas de bacterias dificulta la posibilidad de generalizar lo poco que se sabe al respecto del flagelo bacteriano.

Lo único que se ha dilucidado al respecto del ensamblaje del flagelo es que es un proceso lineal (procede desde la región proximal de la célula hasta llegar a la distal), es secuencial (la construcción de una nueva estructura requiere la existencia previa de otra), y en consecuencia ordenado; se desconoce el mecanismo de ensamblaje, la secuencia que se sigue, los integrantes que llevan a cabo este proceso y su localización.

Lo que se sí se sabe acerca del flagelo:
Es el órgano locomotor que le permite a las bacterias desplazarse en medios húmedos representando una de las partes más complejas de las células bacterianas; más de 40 genes están involucrados en la regulación de su expresión, estructura y funcionamiento. El ensamblaje y sintetización de cada uno de los genes implica un elevado gasto energético, razón por la que la expresión genética es áltamente regulada y sólo se sintetizan proteínas flagelares en caso de necesidad.

Gracias al importante papel que juega en el proceso de quimiotaxis se ha podido entender una parte de su funcionamiento: en la quimiotaxis las bacterias reciben información del exterior por medio de quimioreceptores que se encuentran en la superficie de la pared celular y la integran mientras se mueven al azar por el medio; la información obtenida es comparada con datos de estímulos sensoriales pasados puesto que las bacterias no son lo suficientemente complejas como para manejar datos de gradientes especiales. Si la información indica que el medio no es favorable ya sea por la temperatura o el pH, la bacteria se desplazará para alejarse; si el medio es apropiado se suspenderá el movimiento. Esto demuestra que las bacterias son capaces de responder a cambios en el medio y no a condiciones fijas.

El cambio en el movimiento de las bacterias se debe a que los quimioreceptores o transductores envían una señal directamente al motor flagelar por medio de una molécula que se difunde en el citoplasma hasta llegar al flagelo. De esta manera, el motor del flagelo acopla el paso de protones a través de la membrana para modular el comportamiento del flagelo; se cree que el paso de protones produce energía usada para la rotación.

El motor flagelar cuenta con dos regiones principales construidas a partir de proteínas circularmente ordenadas: el estator (unido a la pared celular) se encarga de disminuir el movimiento y el rotor (que embona en el interior del estator) permite el desplazamiento.
En las bacterias que tienen más de un flagelo la suspensión del movimiento se realiza mediante alteraciones en la dirección de la rotación: la rotación hacia la izquierda permite a los flagelos formar una trenza que impulsará a la bacteria, y la rotación hacia la derecha descompone la trenza de flagelos inmovilizándola.

La parte del flagelo que realiza el trabajo hidromecánico necesario para la propulsión es el filamento. El filamento, salvo algunas excepciones, se compone de polímeros de la proteína FliC (flagelina); la secuencia en los monómeros de flagelina presenta una alta homología en diferentes especies de bacterias. Curiosamente, estudios realizados con técnicas de biología molecular muestran que las regiones homólogas son indispensables para la correcta interacción del resto de los monómeros del filamento.

En condiciones normales, el filamento rota de derecha a izquierda ejerciendo una fuerza sobre el medio gracias a que su forma helicoidal permite traducir la fuerza rotacional de la estructura motora. El filamento se conecta a la célula a través del gancho debido a que este último cuenta con las proteínas FigK y FigL (Proteínas Asociadas al Gancho 1 y 3) que presentan regiones idénticas a la flagelina tanto en el extremo amino como en el carboxilo terminal; el gancho es una estructura curva en las especies monoflageladas y recto en las poliflageladas, y a diferencia del flagelo tiene una longitud fija de entre 50 y 150nm. Se cree que la forma recta del gancho en especies poliflageladas facilita la formación de la trenza de flagelos.

En el centro del gancho se encuentra un canal que sirve como vía de exportación de subunidades permitiendo el intercambio de FliC entre el gancho y el filamento durante el ensamblaje del flagelo; la Proteína Asociada al Gancho 2 (HAP2) permite la asociación adecuada entre los monómeros de flagelina que constituyen el filamento.

El gancho se une a la célula a través del cuerpo basal; el cuerpo basal (de simetría cilíndrica) está formado por tres anillos y un eje que se une al gancho. Los anillos del cuerpo basal interactúan con varias de las capas de la envoltura celular: los anillos M-S son los únicos que se encuentran tanto en Gram-positivas como en Gram-negativas y permanecen ancladas al flagelo; el anillo externo L forma parte integral de la capa de lipopolisacáridos en las Gram-negativas y el P de la capa de peptidoglicano de las Gram-positivas.

Las funciones de los anillos y la manera en que interactúan con la envoltura celular todavía se desconocen.

El eje atraviesa los anillos; se ha demostrado que el eje rota cuando el flagelo se encuentra en movimiento y debido a la fuerte relación entre el eje y el anillo M-S se cree que este último también gira. Los aminoácidos que constituyen al eje, el gancho y el filamento presentan zonas homólogas; esto sugiere que todas las estructuras tridimencionales de los mismos son muy similares. El eje central puede rotar junto con el rotor del motor flagelar gracias a su conformación cuando se produce una diferencia de potencial.

El complejo del switch está íntimamente ligado a la respuesta del flagelo, pues está conformado por tres proteínas que interactúan entre sí y con el anillo M-S.

Wallace vivió en la época de la Inglaterra Victoriana, y en su tiempo fue una figura universal dentro de los ámbitos culturales y políticos además de ser un personaje importante en el campo de la ciencia

La contribución de Wallace a la biología no se limita a la Teoría de la evolución: hizo importantes contribuciones en entomología, sus estudios sobre mimetismo y coloración críptica en animales y plantas son también muy importantes, y en biogeografía su obra La distribución geográfica de los animales (1876) es un clásico.

Sus ideas acerca de influencia de las glaciaciones y el clima en la distribución de los organismos han sido contribuciones importantes en biogeografía histórica; en geología, su teoría del efecto de la erosión glacial en la formación de valles y lagos es su principal aportación; además, Wallace publicó varios ensayos sobre la evolución de la humanidad, las razas humanas, etnografía y antropología (no todos ampliamente aceptados). En un artículo sobre expresiones de la boca y gestos al hablar, también esbozó una teoría sobre el origen del lenguaje.

Quizás algunas de las razones que han contribuido a su olvido fue el hecho de que a Darwin se le asignara el crédito absoluto sobre el descubrimiento de la selección natural como instrumento de la evolución y su contradictorio eclecticismo en otras fases de su actividad intelectual: perdió mucha credibilidad ante sus contemporáneos cuando escribió sobre la evolución humana, en particular de las capacidades intelectuales y morales del hombre.

Wallace nació en la época previctoriana, leía mucho, y viajó por varios lugares de Gran Bretaña; luego se interesó por la naturaleza y leyó los Principios de geología de Lyell, y El viaje del Beagle de Darwin, además de otras obras científicas importantes.

El libro Vestigios de la historia natural de la Creación de Robert Chambers le interesó mucho y curiosamente fue éste trabajo el que ayudó a abrir camino para la aceptación de la teoría de la evolución; se piensa que después de ésta lectura, Wallace comenzó a pensar en el problema del origen de las especies.

Posteriormente, viajó a América como recolector profesional en compañía de Bates; según Bates, el propósito específico del viaje era recolectar objetos para ellos mismos y depositar los duplicados en Londres para sufragar sus gastos, además de reunir evidencias que contribuyeran a la resolución del problema del origen de las especies. Permaneció en Brasil cuatro años recolectando insectos, aves y plantas entre otros organismos. Luego visitó Río Orinoco y Uaupés, pero se incendió el barco en el que viajaba con todas sus colecciones y perdió la mayor parte de las posibles evidencias de la evolución de las especies y la existencia de la selección natural; debido a esto, no podía declararse abiertamente como evolucionista, ni tampoco podía hacerlo a través de sus escritos pues sentía que no tenía las evidencias necesarias. Sin embargo, estaba preparado para entender e interpretar sus hallazgos.

En otra ocasión viajó al Archipiélago Malayo y se dio cuenta de las peculiaridades que presentaban muchas aves, monos, mariposas y otros organismos, y demostró cómo el Amazonas y el Río Negro constituían barreras en la distribución de varias especies. En ésta ocasión, Wallace sí hizo públicas sus ideas, y esto es muy importante porque reveló sus tendencias evolucionistas frente las sociedades científicas; esta es la etapa más importante de su vida.

Wallace comparó la información de Brasil con el Archipiélago pensando en el problema del origen de las especies, y escribió sus dos artículos más importantes relacionados con la teoría de la evolución, y sobre todo, a su regreso publicó su trabajo más importante sobre este viaje, El Archipiélago Malayo, describiendo un resumen de la historia natural de cada grupo de islas, la compleja geografía del Archipiélago, que incluye observaciones antropológicas sobre las diferencias de razas de los habitantes de las islas, expresando sus ideas evolucionistas.

Wallace define los límites de la distribución geográfica de la biota de Borneo, Sumatra, y Java (asiáticas) y Celebes (australiana); esta línea imaginaria se conoce actualmente como la Línea Wallace; a partir de ese momento, la mayor parte de su trabajo en el campo de la biología se dirigió fundamentalmente a la Teoría de la evolución, con particular atención a los hechos que revelan la distribución de los organismos.

Los principales enunciados de Wallace son de carácter geográfico y geológico, y están relacionados con la distribución espacio temporal de las especies y grupos taxonómicos de mayor jerarquía: el primer enunciado es que en geografía ninguna especie o género se encuentra en dos localidades muy distantes sin ser hallado en localidades intermedias, y que en geología, la vida de una especie o género no ha sido interrumpida porque ningún género o especie se ha originado dos veces; de esto deriva su segundo enunciado: cada especie se ha originado coincidiendo tanto en espacio y tiempo con otra preexistente y cercanamente relacionada.

Como Wallace consideró lo anterior como el anuncio de su teoría y no como el desarrollo, se enfocó a dar muchas pruebas de los dos enunciados; algunas de ellas tienden a demostrar la superioridad de escoger una clasificación evolutiva (tal y como lo hacemos actualmente) a una arbitraria, a demostrar como las faunas pueden evolucionar en aislamiento geográfico, es decir, cómo los organismos están estrechamente relacionados con su origen geográfico, y a señalar la progresión en el registro fósil, además de la presencia de órganos rudimentarios como argumento en contra de la teoría creacionismta.

Posteriormente, escribió el ensayo sobre la tendencia de las variedades:
1º Hay un principio general en la naturaleza que ocasiona que muchas variedades sobrevivan a la especie parental y que dan origen a variaciones sucesivas, alejándose cada vez más del tipo original.
2º El tamaño de las poblaciones de una especie no está determinado por su potencial reproductivo, sino por los obstáculos que se le presentarán al crecimiento potencial de la población.
Sin embargo, el artículo de Wallace (que también niega la intervención divina, presenta una visión secular sobre el origen de las especies y puntualiza que dicho fenómeno se debe a la selección natural, además de argumentar en contra de otras teorías enunciadas anteriormente) fue ignorado por la comunidad científica porque muchos pensaron que sólo especulaba y necesitaba más evidencias.

Wallace no es el precursor de Darwin porque a diferencia de éste último (además de las razones obvias que ya hemos discutido tantas veces en clase), no estaba del todo de acuerdo con que las observaciones en animales domésticos podían ser aplicadas al estudio de la naturaleza; aparentemente por ello en parte no usó el término de “selección” en su ensayo. Además, no pensaba que pudiera existir la selección sexual, y en consecuencia, no mencionaba ninguno de los dos argumentos centrales de la teoría darwiniana.

Otra diferencia importante es que Wallace primero apoyó la teoría de caracteres adquiridos por uso y desuso de órganos de Lamarck, pero lo coloca en un contexto distinto diciendo que “se pueden obtener resultados similares por la acción de principios que están en constante funcionamiento en la naturaleza”. Por el contrario, al no encontrar mejores argumentos, Darwin sí apoyaría las ideas de Lamarck a lo largo de su carrera.

Además, Wallace relacionaba estrechamente la evolución con el hombre y el trabajo taxonómico, mientras que Darwin lo hacía con la reproducción animal y el trabajo taxonómico: el pensamiento poblacionista de ambos autores tiene diferentes orígenes.

Los investigadores Arnold J.Bendich y Karld Drlica han hecho estudios profundos en numerosas especies de microorganismos para encontrar diferencias claras entre el cromosoma de las células eucariontes y procariontes; su trabajo discute de manera sorprendente los argumentos comúnmente aceptados por la mayoría de los biólogos para validar estas diferencias

Algunos ejemplos son: la intervención de la membrana nuclear en el comportamiento de los cromosomas eucariontes, el número de cromosomas, la ploidía, linealidad, transcripción, inhibición y empacamiento de los mismos.

De esta manera, Arnold J.Bendich y Karld Drlica, han hallado resultados capaces de rebatir la validez de los argumentos anteriores:

• Empacamiento: los cromosomas eucariontes normalmente se condensan durante la mitosis mientras el ADN cromosómico (que normalmente cuenta con terminaciones específicas de telomerasa) es empacado en forma de nucleosomas por las histonas; estudios recientes han revelado que al menos una parte de los cromosomas en especies específicas de células procariontes también es empacada por histonas.

• Número de cromosomas y tamaño del genoma: el tamaño del genoma procariótico nos parecerá pequeño si lo contamos de manera directa; sin embargo, recientemente se ha comenzado a medirlo mediante técnicas de mapeo de fragmentos del ADN y pulso del campo de gel (pulse-field gel) por electroforesis. Estos estudios han revelado que un gran número de especies procariontes cuentan con dos o más cromosomas junto con un gran número de plásmidos; inclusive, se ha reconocido que en algunas ocasiones el número de cromosomas en células procariontes puede ser mayor al de células eucariontes.

También se ha demostrado que el genoma de los procariontes puede llegar a adquirir grandes proporciones; esto hace evidente que el argumento de que los cromosomas eucariontes son diferentes a los procariontes carece de validez.

• Ploidía: a pesar de que se dice que los procariontes son monoploidóicos, el número de copias del ADN genómico de las células procarióticas puede llegar a superar al de algunas células animales y vegetales; el caso que mejor ejemplifica lo anterior es el de la eubacteria Epulopiscium fishelsoni: su ADN contiene variedades de hasta cuatro a cinco órdenes de magnitud dependiendo del estado de desarrollo del organismo; inclusive puede llegar a sobrepasar la cantidad del ADN encontrado en el núcleo de células de mamíferos. Estos ejemplos nos muestran que el tamaño de las copias del genoma y la capacidad de presentar ploidía no excluye a los procariontes; de hecho se ha comenzado a pensar que estas características son más comunes en células procarióticas.

• Telómeros y forma de los cromosomas: la idea de que los cromosomas de los procariontes son circulares se basa únicamente en los estudios realizados en la E. colli; además, estos estudios se han llevado a cabo exclusivamente por medio de técnicas de mapeo (incapaces de distinguir entre las formas lineales y circulares de los mismos). Sin embargo, se han encontrado formas lineales en cromosomas de varias especies de bacterias; además, las terminaciones de estos cromosomas pueden llegar a ser muy semejantes a las presentes en los cromosomas eucarióticos: las terminaciones de los cromosomas de los eucariontes cuentan con estructuras específicas (telómeros) encargadas de regular la terminación de la réplica lineal del ADN, algunas especies de bacterias presentan en este punto varias secuencias invertidas y repetitivas capaces de formar curvaturas en los mismos; mientras se mantienen unidas a la terminación 5´ proteínas que probablemente se encargan de que la síntesis complementaria de la 3´ pueda realizarse adecuadamente.

Por otra parte, se ha demostrado que bajo condiciones específicas los procariontes pueden circularizar sus cromosomas y así sobrevivir a medios adversos. A partir de esta información, se hace evidente que no es claro que la mayoría de las células procariontes cuenten con ADN circular.

• Heterocromatina y silenciamiento de la transcripción: el silenciamiento de la trascripción en los eucariontes implica el bloqueo de la expresión de un gen al “fundirlo” con el silenciador (estructura reguladora específica del ADN), produciéndose un gran compactamiento de heterocromatina. Al igual que los eucariontes, los procariontes requieren de proteínas específicas para llevar a cabo este proceso: un complejo compactado de proteínas del ADN puede detectarse citológicamente si es lo suficientemente grande como para formar manchas; para ello se requiere que el genoma tenga un tamaño determinado. Como en el caso de los procariontes el genoma suele ser más pequeño o se presenta el silenciamiento del ADN en menores proporciones, para detectar estas formaciones debe realizarse el proceso de análisis in-situ; esto se ha podido realizar de manera exitosa en varias especies procarióticas.
La medición fluorescente del ADN y ARN en varios tipos de E. fishelsoni, sugiere que la condensación y disperción del nucleoide es acompañada por un aumento en la actividad de transcripsión; cuando el nucleoide se encuentra condensado, luce muy parecido a los cromosomas compactados de los dinoflagelados.

• División celular: aunque en la mayoría de los protozoos no se presentan estructuras polares durante la división celular, en tricomónadas (trichomonads), hipermastígidos (hypermastigids) y algunos tipos de dinoflagelados, participan microtúbulos en el proceso. Aparentemente, los microtúbulos no están relacionados con los cromosomas y permanecen unidos a la parte externa de la membrana nuclear justo en los puntos en que los cinetocoros de los cromosomas están conectados a la parte interna de la membrana.

La información anterior y el hecho de que algunos cromosomas eucarióticos suspendan la condensación y descondensación en el transcurso de su ciclo vital y que incluso no se compacten durante la mitosis como sucede en el caso de los fungus Zygorhynchus moelleri y de las algas verdes Nanochloum eucaryotum, señala claramente que la elección de los estándares para caracterizar la mitosis eucariótica es completamente arbitraria; esto dificulta la elección de los sistemas adecuados para realizar una buena comparación entre eucariontes y procariontes.

Arnold J.Bendich y Karld Drlica proponen que la observación debe centrarse en en el movimiento del origen de replicación (oriC) durante el ciclo de vida; el oriC es la región de los cromosomas que permanece opuesta a los polos celulares en la división celular.

Se ha revelado que para facilitar el movimiento del oriC, los cromosomas bacterianos se dividen aparentemente en dos partes cerca del mismo; además, la distribución de seudocentrómeros en elementos de su ADN, es similar a lo que sucede generalmente en la mayoría de las veces con el ADN centromérico funcional de los eucariontes (región CEN contenedora del centrómero).

Arnold J.Bendich y Karld Drlica recalcan que se requiere realizar investigaciones adicionales para determinar si los procariontes tienden a presentan o no una región centromérica homóloga al CEN. Por lo menos, ya se sabe que los centrómeros procarióticos son muy similares a los eucarióticos; a pesar de ello, reconocen que es difícil estudiar la segregación de los cromosomas en especies bacterianas que cuentan con más de un cromosoma involucrado en la división celular.

El hecho de que existe una gran variedad de procesos llevados a cabo por las bacterias en la división celular, hace más difícil la tarea de encontrar homologías entre las proteínas que actúan en este proceso tanto en eucariontes como en procariontes.

• Histonas, nucleosomas y compactación cromosómica: en la mayoría de los eucariontes la compactación cromosómica implica la envoltura del ADN por medio de las histonas formándose nucleosomas; sin embargo, hay que recalcar que esto no ocurre en todos los eucariontes. Mientras varios de los dinoflagelados (carecen de histonas y no forman nuccleosomas) muestran una gran capacidad para compactar sus cromosomas, algunas arqueas sí contienen histonas que envuelven al ADN en estructuras visibles semejantes a los nucleosomas.

Otros procariontes como la E. coli, cuentan con histonas pero no con estructuras homólogas a los nucleosomas a pesar de presentar proteínas básicas capaces de torcer el ADN.

En resumen, hay barios ejemplos tanto de procariontes como de eucariontes en los que el ADN es compactado por las histonas en forma de nucleosomas, y también muchos otros en los que tanto las histonas como los nucleosomas están ausentes.

Arnold J.Bendich y Karld Drlica señalan que la pregunta principal aquí es cómo se compacta el ADN. Una idea propuesta, sugiere que la fuerza del compactamiento provienen de grandes grupos de macromoléculas capaces de formar altas concentraciones citoplásmicas carente de proteínas atadoras (tal como ha llegado a ocurrir en experimentos in vitro con extractos citoplásmicos de E. coli).

Podemos concluir que estos investigadores nos demuestran a partir de esta información la existencia de una fuerte necesidad de encontrar nuevos criterios para validar los argumentos capaces de sostener la existencia de una adquisición evolutiva más compleja en los cromosomas de las células eucariontes. Para ello, habrá que detectar las técnicas adecuadas en el análisis de caracteres específicos pues que cada una de ellas difieren en puntos tan importantes como la sensibilidad a ciertas substancias en contextos determinados.

La estructuta cromosómica representa un enigma evolutivo mucho más profundo que la presencia o la ausencia de una membrana nuclear.

El desarrollo normal de una planta depende de la interacción de factores externos: luz, nutrientes, agua y temperatura e internos: hormonas. Una definición global del termino hormona es considerar bajo este nombre a cualquier producto químico, de naturaleza orgánica, que sirve de mensajero y que, producido en una parte de la planta, tiene como “blanco” otra parte de ellaIntroducción

Las plantas tiene cinco clases de hormonas (los animales, especialmente los cordados tienen un número mayor). Las hormonas y las enzimas cumplen funciones de control químico en los organismos multicelulares.

Las plantas no sólo necesitan para crecer agua y nutrientes del suelo, luz solar y bióxido de carbono atmosférico. Ellas, como otros seres vivos, necesitan hormonas para lograr un crecimiento armónico, esto es, pequeñas cantidades de sustancias que se desplazan a través de sus fluidos regulando su crecimiento, adecuándolos a las circunstancias.

Este tipo de hormonas no se producen en glándulas endocrinas. Son transportadas a través de la savia bruta a toda la planta.

MARCO TEÓRICO

Se entiende por hormonas vegetales aquellas substancias que son sintetizadas en un determinado lugar de la planta y se translocan a otro, donde actúan a muy bajas concentraciones, regulando el crecimiento, desarrollo ó metabolismo del vegetal. El término “substancias reguladoras del crecimiento” es más general y abarca a las substancias tanto de origen natural como sintetizadas en laboratorio que determinan respuestas a nivel de crecimiento, metabolismo ó desarrollo en la planta.

Las fitohormonas pertenecen a cinco grupos conocidos de compuestos que ocurren en forma natural, cada uno de los cuales exhibe propiedades fuertes de regulación del crecimiento en plantas, y cada uno con su estructura particular y activos a muy bajas concentraciones dentro de la planta:

1 Auxinas
2 Citokininas
3 Giberelinas
4 Etileno
5 Acido abcísico

Mientras que cada fitohormona ha sido implicada en un arreglo relativamente diverso de papeles fisiológicos dentro de las plantas y secciones cortadas de éstas, el mecanismo preciso a través del cual funcionan no es aún conocido.

Hormonas Función Principal

Auxinas. La auxina mejor conocida es el ácido Indolacético. Determina el crecimiento de la planta y favorece la maduración del fruto.

Giberelinas. Determina el crecimiento excesivo del tallo. Induce la germinación de la semilla.

Ácido Abscísico. Propicia la caída de las hojas, detiene el crecimiento del tallo e inhibe la germinación de la semilla.
Citocininas. Incrementa el ritmo de crecimiento celular y transforma unas células vegetales en otras.
Florígenos. Determinan la floración.
Traumatina. Estimula la cicatrización de las heridas en la planta.

Cuando la planta germina, comienzan a actuar algunas sustancias hormonales que regulan su crecimiento desde esa temprana fase: las fitohormonas, llamadas giberelinas, son las que gobiernan varios aspectos de la germinación; cuando la planta surge a la superficie, se forman las hormonas llamadas auxinas, las que aceleran su crecimiento vertical, y, más tarde, comienzan a aparecer las citocininas, encargadas de la multiplicación de las células y que a su vez ayudan a la ramificación de la planta.

La existencia de auxinas fue demostrada por F. W. Went en 1928 mediante un sencillo e ingenioso experimento, que consiste agrandes rasgos en lo siguiente: a varias plántulas de avena recién brotadas del suelo se les cortaba la punta, que contiene una vainita llamada coleóptilo; después del corte, la planta interrumpía su crecimiento.

Si a alguna planta decapitada se le volvía a colocar la puntita, se notaba que reanudaba su crecimiento, indicando que en la punta de las plántulas de avena existía una sustancia que la hacía crecer.

Esta demostración estimuló a varios investigadores en la búsqueda de la sustancia que hacía crecer a las plántulas de avena y probablemente a otras plantas.

Una sustancia estimulante del crecimiento de avena fue aislada de orina en 1934 por Kögl y Haagen-Smit. La sustancia activa fue identificada como ácido indol acético.

La misma sustancia fue aislada en 1934 por Haagen-Smit, como producto natural a partir de maíz tierno.

La manera en que las auxinas hacen crecer a la planta es por medio del aumento del volumen celular provocado por absorción de agua.

El nombre auxina significa en griego ‘crecer’ y es dado a un grupo de compuestos que estimulan la elongación. El ácido indolacético (IAA) es la forma predominante, sin embargo, evidencia reciente sugiere que existen otras auxinas indólicas naturales en plantas.

Aunque la auxina se encuentra en toda la planta, la más altas concentraciones se localizan en las regiones meristemáticas en crecimiento activo. Se le encuentra tanto como molécula libre o en formas conjugadas inactivas. Cuando se encuentran conjugadas, la auxina se encuentra metabólicamente unida a otros compuestos de bajo peso molecular. Este proceso parece ser reversible.

La concentración de auxina libre en plantas varía de 1 a 100 mg/kg peso fresco. En contraste, la concentración de auxina conjugada ha sido demostrada en ocasiones que es sustancialmente más elevada. Una característica sorprendente de la auxina es la fuerte polaridad exhibida en su transporte a través de la planta. La auxina es transportada por medio de un mecanismo dependiente de energía, alejándose en forma basipétala desde el punto apical de la planta hacia su base.

Este flujo de auxina reprime el desarrollo de brotes axilares laterales a lo largo del tallo, manteniendo de esta forma la dominancia apical. El movimiento de la auxina fuera de la lámina foliar hacia la base del pecíolo parece también prevenir la abscisión.

La auxina ha sido implicada en la regulación de un número de procesos fisiológicos. Promueve el crecimiento y diferenciación celular, y por lo tanto en el crecimiento en longitud de la planta, Estimulan el crecimiento y maduración de frutas, floración, senectud, geotropismo.

La auxina se dirige a la zona oscura de la planta, produciendo que las células de esa zona crezcan mas que las correspondientes células que se encuentran en la zona clara de la planta. Esto produce una curvatura de la punta de la planta hacia la luz, movimiento que se conoce como fototrofismo.

Retardan la caída de hojas, flores y frutos jóvenes dominancia apical. El efecto inicial preciso de la hormona que subsecuentemente regula este arreglo diverso de eventos fisiológicos no es aún conocido. Durante la elongación celular inducida por la auxina se piensa que actúa por medio de un efecto rápido sobre el mecanismode la bomba de protones ATPasa en la membrana plasmática, y un efecto secundario mediado por la síntesis de enzimas.

No son las auxinas las únicas fitohormonas que requiere una planta para su crecimiento; requieren también de otro tipo de ellas que favorezca la multiplicación de las células. El primero en demostrar la existencia de estas sustancias, que se conocen como citocininas, fue Carlos O. Miller, quien observó que, al poner cubitos de zanahoria o papa en agua de coco, éstos crecían con proliferación de células.

Al no poder aislar la hormona presente en el agua de coco por ser muy inestable, determinó sus características espectroscópicas. La absorción en la región del ultravioleta fue muy parecida a la del ácido ribonucleico, lo que hizo pensar en la posible actividad hormonal de este ácido. Efectivamente, al ser probado el ácido ribonucleico contenido en un frasco almacenado por largo tiempo en el laboratorio, se observó notable actividad hormonal. Cuando el contenido del viejo frasco se terminó se probaron ácidos ribonucléicos recientemente preparados, aunque con resultados decepcionantes, ya que el ácido ribonucleico nuevo no tenía actividad hormonal.

Los resultados anteriores fueron explicados pensando en que la sustancia responsable de la actividad hormonal no fuese el ARN, sino un producto de su descomposición. Y efectivamente esta hipótesis fue probada al poder separar de ARN viejo una sustancia con actividad multiplicadora de células, a la que se llamó cinetina.

Este descubrimiento sirvió de estímulo para que años más tarde se aislara de maíz tierno la hormona natural llamada zeatina, cuya estructura no difiere mucho de la cinetina obtenida como producto de descomposición de ácido ribonucleico.

Conociendo la existencia de auxinas que hacen crecer a la planta por agrandamiento de sus células y la presencia de citocininas que favorecen la división celular, tendríamos la posibilidad de lograr plantas con crecimiento ilimitado, pero esto no sucede así, la planta contiene también inhibidores, sustancias que actúan cuando las condiciones dejan de ser favorables para el crecimiento ya sea por escasez de agua o por frío.

Las citocininas son hormonas vegetales naturales que estimulan la división celular en tejidos no meristemáticos. Inicialmente fueron llamadas quininas, sin embargo, debido al uso anterior del nombre para un grupo de compuestos de la fisiología animal, se adaptó el término citocinina (citocinesis o división celular). Son producidas en las zonas de crecimiento, como los meristemas en la punta de las raíces.

Los diferentes tipos de citocininas son Zeatina, Kinetina y Benziladenina (BAP)

La zeatina es una hormona de esta clase y se encuentra en el maíz (Zea). Las mayores concentraciones de citoquininas se encuentran en embriones y frutas jóvenes en desarrollo, ambos sufriendo una rápida división celular. La presencia de altos niveles de citoquininas puede facilitar su habilidad de actuar como un fuente demandante de nutrientes. Las citoquininas también se forman en las raíces y son translocadas a través del xilema hasta el brote. Sin embargo, cuando los compuestos se encuentran en las hojas son relativamente inmóviles.

Síntesis y transporte:
Las citocininas se sintetizan en los meristemos apicales de las raíces, aunque también se producen en los tejidos embrionarios y en las frutas. Transporte en la planta por vía acropétala, desde el ápice de la raíz hasta los tallos, moviéndose a través de la savia en los vasos correspondientes al xilema.

Funciones:
1. Estimulan la división celular y el crecimiento
2. Inhiben el desarrollo de raíces laterales
3. Rompen la latencia de las yemas axilares
4. Promueven la organogénesis en los callos celulares
5. Retrasan la senescencia ó envejecimiento de los órganos vegetales
6. Promueven la expansión celular en cotiledones y hojas
7. Promueven el desarrollo de los cloroplastos.

En el mercado se encuentran algunas formulaciones de Citocininas. Tal es el caso de la Benziladenina al 1.9% en combinación con Giberelinas (A4 y A7) al 1.9%. Su función estriba en estimular la ramificación y alargamiento de los brotes en plantones de manzano).

Otros efectos generales de las citocininas en plantas incluyen:
- estimulación de la germinación de semillas
- estimulación de la formación de frutas sin semillas
- ruptura del letargo de semillas
- inducción de la formación de brotes
- mejora de la floración
- alteración en el crecimiento de frutos
- ruptura de la dominancia apical.

El Ácido giberélico GA3 fue la primera de esta clase de hormonas en ser descubierta. Las giberelinas son sintetizadas en los primordios apicales de las hojas, en puntas de las raíces y en semillas en desarrollo. La hormona no muestra el mismo transporte fuertemente polarizado como el observado para la auxina, aunque en algunas especies existe un movimiento basipétalo en el tallo. Su principal función es incrementar la tasa de división celular(mitosis).

Además de ser encontradas en el floema, las giberelinastambién han sido aisladas de exudados del xilema, lo que sugiere un movimiento más generalmente bidireccional de la molécula en la planta.

Tipos de auxinas:
Ácido indolacético (AIA)
Ácido Naftilacético (ANA)
Ácido indolbutírico (AIB)
2,4-D
2,4,5-T

Las funciones de las auxinas son las siguientes:
1. Dominancia apical
2. Aumentar el crecimiento de los tallos
3. Promover la división celular en el cambium vascular y diferenciación del xilema secundario
4. Estimular la formación de raíces adventicias
5. Estimular el desarrollo de frutos (partenocárpicos en ocasiones)
6. Fototropismo
7. Promover la división celular
8. Promover la floración en algunas especies
9. Promover la síntesis de etileno (influye en los procesos de maduración de los frutos)
10. Favorece el cuaje y la maduración de los frutos
11. Inhibe la abcisión ó caida de los frutos

En el mercado, el agricultor puede adquirir auxinas bien naturales ó bien obtenidas por síntesis. Existen varios tipos de giberelinas, siendo los más comunes: GA1, GA3, GA4, GA7 y GA9 .

Las funciones que llevan a cabo en la planta, se pueden resumir en los siguientes puntos:
1. Incrementan el crecimiento en los tallos
2. Interrumpen el período de latencia de las semillas, haciéndolas germinar y mobilizan las reservas en azúcares
3. Inducen la brotación de yemas
4. Promueven el desarrollo de los frutos
5. Estimulan la síntessis de mRNA (RNA mensajero)

En el mercado se encuentran diversos preparados a bases de giberelinas con fines diversos. Destacan por su difusión las siguientes giberelinas:

GA3 Peral. Se debe utlizar en un período máximo de 48 horas, desde que se produce la helada. Los daños de la helada quedan anulados en gran parte, aunque los frutos que se desarrollan, con la aplicación de la giberelina, son partenocárpicos (carecen de pepitas).

También está autorizado su uso en Fresas, Alcachofa, Cítricos(Navelate, Clementino y Limonero), Vid y Parral. La mezcla de GA4, GA7 y GA9 se recomienda para evitar el russeting en manzanos.

Todos hemos observado que en invierno las plantas dejan caer sus hojas y que, aunque el invierno no sea muy crudo, debido a la escasez de agua, la planta suelta su follaje.

Las sustancias responsables de la caída de las hojas y frutos se llaman ácido abscísico: Su descubrimiento fue anunciado en 1956 por tres grupos de científicos que, trabajando independientemente, llegaron a descubrirlo. Estos tres grupos de investigadores -uno, el grupo inglés, encabezado por Rothwell K.; otro, el australiano, por Waring, y el tercero, el estadunidense, encabezado por Addicot- llevaron su descubrimiento al Congreso, llamado “Régulateurs Natureles de la Croissance Végétal”, celebrado en París en 1964. El ácido abscísico inhibe el crecimiento celular y la fotosíntesis. El ácido acido abscisico (ABA), conocido anteriormente como dormina o agscisina, es un inhibidor del crecimiento natural presente en plantas. Químicamente es un terpenoide que es estructuralmente muy similar a la porción terminal de los carotenoides:

El ácido abscísico es un potente inhibidor del crecimiento que ha sido propuesto para jugar un papel regulador en respuestas fisiológicas tan diversas como el letargo, abscisión de hojas y frutos y estrés hídrico, y por lo tanto tiene efectos contrarios a las de las hormonas de crecimiento (auxinas, giberelinas y citocininas). Típicamente la concentración en las plantas es entre 0.01 y 1 ppm, sin embargo, en plantas marchitas la concentración puede incrementarse hasta 40 veces. El ácido abscísico se encuentra en todas las partes de la planta, sin embargo, las concentraciones más elevadas parecen estar localizadas en semillas y frutos jóvenes y la base del ovario.

Se trata de sesquiterpenoides relacionados con los esteroles y carotenoides. La síntesis tiene lugar en las yemas

Funciones:
1. Promueve la latencia en yemas y semillas
2. Inhibe la división celular
3. Causa el cierre de los estomas
4. Antagónico de las giberelinas
5. Inhibe el crecimiento

Algunas de las formulaciones disponibles son: ANA 0.45%+ANA-Amida 1,2%PM. En plantas hortícolas debe aplicarse al comienzo de la floración para inducir el cuajado de las flores. En frutales de hueso debe aplicarse 15 días antes del comienzo de la floración, con el mismo fín. Si la floración es escalonada, puede hacerse un segundo tratamiento 8-10 días después del primero.
ANA 1%PM. Para aclareo de flores en el manzano, aplicar 25 días después de la plena floración. Para evitar la caida de frutos, aplicar 4-10 días antes del momento normal de la recolección

Con el descubrimiento del inhibidor del crecimiento, el ácido abscísico, se tiene un buen panorama de la regulación del crecimiento de las plantas; sin embargo todavía estamos muy lejos de conocer las funciones de muchas de las sustancias químicas que elaboran los vegetales.

Muchas de ellas son usadas como defensa contra otras plantas (alelopatía) o como defensa contra insectos y aun contra grandes herbívoros.

Los árboles y plantas grandes producen sustancias que los hace poco digeribles como son los taninos y las ligninas, mientras que las pequeñas, de vida más corta, se defienden con sustancias tóxicas como los alcaloides.

Esto es sobre todo importante en los trópicos, donde gran parte de las cosechas se pierden consumidas por plagas como insectos u hongos. También en las zonas áridas es importante, ya que allí se da la guerra química entre plantas, que consiste en la lucha por la poca agua existente: las plantas bien armadas, como las artemisias y las salvias, despiden por el follaje sustancias volátiles, como el alcanfor o el cineol 1,4, que se adhieren a la tierra impidiendo la germinación de plantas que pueden competir por el agua.

Algunas otras plantas despiden sustancias tóxicas, ya sea por su follaje, cuando están vivas, o como producto de degradación, al descomponerse en el suelo. Estas sustancias que impregnan el suelo evitan la germinación y, en caso de que nazcan otras plantas, retardan su crecimiento, evitando así la competencia por el agua.

Éste es el caso del sorgo, cuyo follaje al descomponerse produce el glicósido ciano-genético-durrina, que inhibe la germinación de muchas plantas: Cuando la paja se ha revuelto en la tierra antes de la siembra, el follaje del arroz se descompone produciendo varios ácidos aromáticos que retardan el crecimiento de las plántulas de arroz en la nueva estación de crecimiento, reduciendo así en forma notable la segunda cosecha.

Más aún, los extractos del suelo donde crece este arroz de pobre rendimiento, así como los extractos de paja en descomposición, inhibieron la formación de raíces en cortes de frijol.

Las sustancias inhibidoras aisladas de los extractos fueron los ácidos p-hidroxi benzoico, p-coumárico, vainíllico y ohidroxifenil acético, cuyas fórmulas se muestran en seguida: Efectos alelopáticos se han encontrado en artemisias y otras plantas aromáticas, incluyendo árboles como el pirul (Schinus molle).

El etileno, siendo un hidrocarburo no saturado, es muy diferente a otras hormonas vegetales naturales. Aunque se ha sabido desde principios de siglo que el etileno provoca respuestas tales como geotropismo y abscisión, no fue sino hasta los años 1960s que se empezó a aceptar como una hormona vegetal. Se sabe que el efecto del etileno sobre las plantas y secciones de las plantas varía ampliamente. Ha sido implicado en la maduración, abscisión, senectud, dormancia, floración y otras respuestas. El etileno parece ser producido esencialmente por todas las partes vivas de las plantas superiores, y la tasa varía con el órgano y tejido específicos y su estado de crecimiento y desarrollo.

Las tasas de síntesis varían desde rangos muy bajos (0.04-0.05 µl/kghr) en blueberries (Vaccinium spp.) a extremadamente elevadas (3,400 µl/kg-hr) en flores desvanecientes de orquídeas Vanda. Se ha encontrado que las alteraciones en la tasa sintética de etileno están asociadas cercanamente al desarrollo de ciertas respuestas fisiológicas en plantas y sus secciones, por ejemplo, la maduración de frutas climatéricas y la senectud de flores.

Ya que el etileno está siendo producido continuamente por las células vegetales, debe de existir algún mecanismo que prevenga la acumulación de la hormona dentro del tejido. A diferencia de otras hormonas, el etileno gaseoso se difunde fácilmente fuera de la planta. Esta emanación pasiva del etileno fuera de la planta parece ser la principal forma de eliminar la hormona. Técnicas como la ventilación y las condiciones hipobáricas ayudan a facilitar este fenómeno durante el periodo poscosecha al mantener un gradiente de difusión elevado entre el interior del producto y el medio que lo rodea. Un sistema de emanación pasivo de esta naturaleza implicaría que la concentración interna de etileno se controla principalmente por la tasa de síntesis en lugar de la tasa de remoción de la hormona.

Las funciones principales del etileno se pueden resumir enlos siguientes puntos:
1. Promueve la maduración de los frutos
2. Promueve la senescencia (envejecimiento)
3. Caída de las hojas
4. Geotropismo en las raíces

En el mercado, se comercializan diversos preparados a base de Etefón (Ácido 2-cloro etilfosfónico), el cual induce la formación de etileno. Su uso está autorizado en Manzano, Pimiento y Tomate, para favorecer la precocidad en la maduración así como una mejor coloración de los frutos. En el cultivo del Algodón se utiliza para facilitar y adelantar la apertura de las cápsulas. La formulación comercializada de Etefón tiene una riqueza del 48%. El etileno (C2H4) es un gas hidrocarburo sin color con un olor dulce parecido al éter y muy fácil de prenderse en fuego, además explosivo en concentraciones sobre 3%. Es una hormona que hace posible la maduración de fruta, el gas etileno es efectivo de 0.1 a 1 PPM. Una parte de etileno por millón partes de aire, esto es una taza llena de etileno gas en 62,000 galones de aire, es suficiente para promover el proceso de maduración de fruta.

El etileno es una hormona natural de las plantas. Afecta el crecimiento, desarrollo, maduración y envejecimiento de todas las plantas. Normalmente es producido en cantidades pequeñas por la mayoría de las frutas y vegetales. El etileno no es dañino o tóxico para los humanos en las concentraciones que se encuentran en los cuartos de maduración. De hecho, el etileno era usado en el medio médico como un anestésico en concentraciones significativamente más alta del que se encuentra en un cuarto de maduración. Sin embargo, el etileno es frecuentemente acusado de ser la razón por la cual algunas personas tienen dificultad de respirar en los cuartos de maduración; lo que sí puede afectar a algunas personas es usualmente cualquiera de estos dos motivos a) dióxido de carbono (Co); el dióxido de carbono es producido por la maduración de la fruta en el cuarto y los niveles aumentan substancialmente o b)nivel de oxigeno, el oxigeno en el cuarto de maduración es absorbido por la maduración de fruta, esto algunas veces hará que la respiración en el cuarto de maduración sea dificultosa. El aumento de niveles de Co y falta de oxigeno son las razones principales por la cual se necesita ventilar el cuarto de maduración. A su más bajo nivel de temperatura, la fruta es básicamente inactiva y no responde bien al etileno aplicado externamente.

El etileno es dañino para muchas otras frutas, vegetales y flores. Mientras que el etileno es invaluable debido a su habilidad para iniciar el procesamiento de maduración en muchas frutas, este puede también ser muy dañino para muchas frutas, vegetales, flores y plantas ya que acelera el proceso de envejecimiento, disminuyendo así la calidad del producto y duración. El grado de daño depende de la concentración de etileno, tiempo que ha sido expuesto y temperatura del producto. Uno de los siguientes métodos debe ser usado para asegurar que los productos sensitivos al etileno no sean expuestos al mismo:

a) frutas que produzcan etileno (como manzanas, avocados, bananas, melones, melocotones, peras y tomates) deberán ser situados separadamente de los que son sensibles al etileno (bróculi, col, coliflor, hojasverdes, lechugas, etc.); además, el etileno es emitido por motores que usan propano, diesel y gasolina, éstos producen etileno en cantidades suficientemente abundantes para producir daño a los mencionados productos que son sensitivos al etileno,

b) ventile el lugar de almacenamiento, preferible hacia la parte de fuera del depósito en una forma continua o regular para limpiar el aire de etileno y

c) remueva el etileno con filtros de absorción de etileno. Está comprobado que esto reduce y mantiene bajo el nivel de etileno. Si se sospecha de daño de etileno, una manera rápida y fácil de detectar niveles de etileno es con un censor manual de tubos, esto indicara si los pasos arriba mencionados tendrán que ser aplicados.

El etileno es explosivo en concentraciones altas. Sin embargo, el nivel explosivo es 200 veces más grande que el que se encuentra en el cuarto de maduración. El etileno es usado para cambiar el color del citrus. Este es un proceso natural que promueve el cambio de los pigmentos, la pérdida del color verde en la cáscara removiendo la clorofila, lo cual permite que el anaranjado o amarillo cubra completamente la cáscara. No causa perdida de sabor, esto es simplemente la continuación del proceso natural de la planta.

El etileno puede promover la maduración de los tomates, bananas, cítricos, piñas, dátiles, peras, manzanas, melones, mangos, aguacates o avocados y papayas, una indicación clara que la acción de etileno es general y extendida entre un número de frutas. Es claro que el etileno es una hormona que hace posible la maduración, una sustancia química producida por frutas con el específico fenómeno biológico de acelerar el proceso de maduración de fruta y envejecimiento. La maduración es el paso final del proceso, cuando la fruta cambia el color y desarrolla el sabor, textura y aroma, que es lo que se define como calidad óptima de consumo.

El agente biológico llamado etileno el cual es producido naturalmente inicia este proceso de maduración después que la fruta esta completamente desarrollada. Esta hormona de la planta descrita y entendida mas de 40 años atrás. El proceso puede ser brillante, pero no se puede dar marcha atrás una vez que se empezó. Entonces, la clave es aplicar etileno externamente con la condición que sea antes que la concentración interna natural alcance el nivel de 0.1-1.0 PPM, lo cual va a iniciar o promover este proceso natural prematuramente.

EL MOVIMIENTO DE LAS PLANTAS

Es perfectamente conocido por todos el que las flores del girasol ven hacia el Oriente por la mañana y que voltean hacia el Poniente por la tarde, siguiendo los últimos rayos del Sol. Es también interesante observar cómo los colorines y otras leguminosas, cuando se ha ocultado el Sol, doblan sus hojas como si durmieran y cómo se enderezan a la mañana siguiente para recibir la luz del Sol. Más impresionante todavía quizá es el caso de la vergonzosa (Mimosa pudica). Esta bella, aunque pequeña planta, que tiene hojas pinadas, al más pequeño roce contrae sus hojas, aparentando tenerlas marchitas.

Todos estos movimientos de las plantas son provocados por sustancias químicas. Las células del girasol se contraen en el sitio en donde incide la luz solar formándose inhibidores de crecimiento en ese punto. El resultado es el de doblar el tallo formando una curva que apunta hacia el Sol.

Los movimientos en la Mimosa pudica y en las hojas que duermen han sido estudiados por H. Schildknecht, quien encontró que se deben a sustancias químicas de naturaleza ácida, algunas de las cuales fueron aisladas de Mimosa pudica, como la llamada PMLFl y la M-LMF-5.

El movimiento observado en las hojas del frijol soya (Glicina maxima) es muy interesante y ya ha sido estudiado. Al llegar la noche sus hojas se doblan y toman la posición de dormidas, apropiada para su protección contra el frío nocturno. En la mañana, cuando llega la luz del día, se enderezan de nuevo. El movimiento nocturno se debe a la sustancia fotoinestable PPLMF-l.

Posiblemente esta sustancia inestable a la luz solar se forme sólo de noche y provoque el doblado de las hojas, y que por la acción de la luz del día, la sustancia forme un equilibrio cis-trans que no es suficientemente activo, dejando por lo tanto que la hoja, ya sin peligro de helarse, tome su posición normal, apropiada para efectuar su fotosíntesis.

MENSAJEROS QUÍMICOS EN INSECTOS Y PLANTAS

Existen tres clases principales de mensajeros químicos: alomonas, kairomonas y feromonas. Las alomonas son sustancias que los insectos toman de las plantas y que posteriormente usan como arma defensiva; las kairomonas son sustancias químicas que al ser emitidas por un insecto atraen a ciertos parásitos que lo atacarán, y las feromonas son sustancias químicas por medio de las cuales se envían mensajes como atracción sexual, alarma, etcétera.

Un ejemplo de alomona es la sustancia que la larva de la mosca de los pinos (Neodiprion sertifer) toma de los pinos en donde vive. Cuando ésta es atacada, se endereza y escupe una sustancia que contiene repelentes. Si el atacante persiste en su intento, recibe suficiente sustancia que, por su naturaleza viscosa, lo inmoviliza.
Las sustancias que la larva lanza son una mezcla de a y b pinenos con ácidos resínicos, es decir brea disuelta en aguarrás.

Es interesante notar que los terpenos a y b pineno, así como los ácidos diterpénicos de la brea, son usados por la planta como defensa contra insectos. En este caso, el insecto se ha adaptado a vivir en presencia de estas armas del árbol, las toma, las hace suyas y las usa contra sus enemigos.

Es interesante el caso del chapulín (Romalia microptera) que se defiende lanzando una sustancia que contiene 2,5-diclorofenol probablemente tomado de los herbicidas que contienen las plantas que comió, los que con muchas posibilidades modificó al detoxificar el ácido 2,4,5-diclorofenoxi o ácido 2,4-D.

Las kairomonas son sustancias que denuncian a los insectos herbívoros ante sus parásitos, a los que atraen. Sobre ellos depositan sus huevecillos para que, cuando nazcan, las larvas se alimenten de ellos.
Las kairomonas probablemente sean producidas por la planta de la que se alimenta el insecto herbívoro, el cual, al comerlas, las concentra en su cuerpo atrayendo a su parásito. De esta manera la planta se defiende de forma indirecta, ya que el insecto que la devora concentra la sustancia que lo delatará.

La estructura de muchas kairomonas es muy sencilla; por ejemplo, la del gusano cogollero (Helianthis zea) es el hidrocarburo tricosano, sustancia que atrae al parásito Trichograma evanescens. En el gusano que ataca al tubérculo de la papa existe ácido heptanoico.

Los insectos usan varios medios para comunicarse, pero cualquiera que sea la modalidad, el insecto anuncia su presencia no sólo a congéneres, sino a otros insectos que tienen el aparato apropiado para detectarlo. Por ejemplo, las feromonas, cuando son liberadas para atraer al sexo contrario, proclaman territorio y alarman a los de su misma clase. Por tanto, son importantes medios de comunicación entre los de su especie; sin embargo, también son advertidos por otros insectos, por lo que tales sustancias sirven al parásito para localizar a su víctima.

En la década de 1860 Miescher aisló de los núcleos una sustancia ácida a la que denomino nucleína, a la cual hoy en día se le conoce como ácido nucleico”. En este trabajo se exponen las generalidades tanto en características, función y propósitos u objetivos de los ácidos nucleicos como componentes de suma importancia en los seres vivos.

Estructura Generalizada de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos se encuentran en todas la células vivas y están combinados en casi todos los casos con ciertas proteínas. Químicamente, los ácidos nucleicos (así llamados porque dan una reacción ácida al suspenderse en agua), son enormes compuestos en forma de cintas de gran longitud, con peso molecular de millones; en estas cintas se repite (a intervalos regulares) la misma estructura aunque no idéntica, representando los enlaces o unidades de la cadena.

Cada uno de los cientos de cientos de unidades que componen un ácido nucleico se llama nucleótido y esta constituido de un grupo fosfato y una pentosa (azúcar simple con 5 carbonos) a la cual se fija una estructura orgánica cíclica llamada base, perteneciente a los compuestos conocidos como purina y pirimidinas ( bases púricas y primídicas). Un ácido nucleico simple puede llevar varios o muchos nucleótidos y entonces recibe el nombre de polinucleótidos. Esto podría compararse a las unidades de aminoácidos que constituyen al cadena péptida de una proteína.

La hidrólisis de ácidos nucleicos por ácidos o por cierta enzima origina una mezcla de varios nucleótidos; tal como la hidrólisis de las proteínas produce una mezcla de aminoácidos. El azúcar y grupo fosfato pueden considerarse como la columna vertebral de los ácidos nucleicos; mientras las bases pueden ser importantes ramificaciones laterales.

Función biológica de los ácidos nucleicos

La función biológica de los ácidos nucleicos, específicamente el DNA es la de contener la información hereditaria. En 1953 Watson y Crick resolvieron su estructura molecular, dando comienzo a una nueva era en la bioquímica y la biología.

Existen dos clases de ácidos nucleicos en todo organismo viviente:

Ácido ribonucleico o RNA
Ácido desoxirribonucleico o DNA
Por otra parte los virus contienen uno solo ya sea RNA o DNA.

Otras de las funciones biológicas de los ácidos nucleicos son las de almacenamiento, replicación, recombinación, y transmisión de la información genética ( son las moléculas que determinan lo que es y hace cada una de las células vivas)

Clases y origen de los ácidos nucleicos

DNA nuclear Núcleo de los eucariontes
DNA celular Procariotes
DNA plasmidal Procariotes
DNA mitocondrial Mitocondria de los eucariontes
DNA de los cloroplastos Cloroplastos
DNA viral Virus animales, vegetales y bacterianos

RNA mensajero Procariotes y eucariontes
RNA ribosomal Procariotes y eucariontes
RNA de transferencia Procariotes y eucariontes
RNA nuclear pequeño Eucariontes
RNA viral Virus animales, vegetales y bacterianos
RNA subviral Moléculas de RNA libres

Componentes monoméricos (nucleótidos)

El RNA y DNA son polímeros integrados por unidades monoméricas llamadas nucleótidos. De ahí su nombre de poli nucleótidos. Cada nucleótido tiene fosfato, azúcar, y una purina o pirimidina, a las cuales se les conoce como bases nitrogenadas. En los nucleótidos las tres partes están unidas en el orden, P – S – B.

En los poli nucleótidos podemos encontrar enlaces éster, en el cual se unen el fosfato y el azúcar , y a estos a lo largo del esqueleto se les denomina enlaces fosfodiéster. La secuencia de estas bases nitrogenadas azúcar – fosfato a lo largo del esqueleto es el que determina la estructura única de DNA y RNA.

Ribosa y desoxirribosa

Los nucleótidos RNA B – D – ribosa, y el DNA B – D – 2 – desoxirribosa. Los dos son pentosas ( 5 carbonos). Solo se diferencian en el nivel estructural, en el carbono 2. Ya que el RNA tiene OH como radical y el DNA radical H. Entonces la ribosa es la forma reducida de la desoxirribosa.

Purinas y Pirimidinas

Las bases observadas comúnmente son las purinas adenina y guanina y las dirimidas citosina, timina y uracilo. Su presencia es:

DNA: A,G,C,T
RNA: A, G, C, U

Purimidinas y Purinas

Las bases de ácidos nucleicos se llaman así por dar reacción alcalina en solución acuosa; son moléculas orgánicas cíclicas de complejidad diversa, las cuales tienen átomos de nitrógeno formando parte de su estructura anular. Dos clases particulares de estos compuestos, conocidos como pirimidinas y purinas, son componentes esenciales de los ácidos nucleicos. Varios de estos mismos compuestos forman parte de un número de coenzimas.

Las purinas y pirimidinas se presentan en la naturaleza en diferentes formas químicas. Las principales estructuras pirimidínicas en los sistemas biológicos son citosina, uracilo y timina.

Bases modificadas de origen natural

El drihidrouracilo y el 4- tiouracilo son componentes menores del RNA de transferencia. Otro ejemplo podría ser en el DNA de los procariotes las bases metiladas que se encargan de una función especifica, dar protección al DNA celular contra la acción de enzimas restrictivas de la célula. En las bacterias, estas enzimas se encargan de degradar el DNA de algún virus bacteriano.

Absorción de radiación ultravioleta

La purina y pirimidina absorben radiación ultravioleta es por ello que los nucleótidos y ácidos nucleicos la absorben también. Esto tiene varias aplicaciones:

1) En los métodos de laboratorio para detección y cuantificación de ácidos nucleicos y sus componentes
2) Observación de muestras biológicas por microscopia
3) El efecto mutágeno de la radiación ultra violeta
4) La esterilización con rayos UV

Extracción y aislamiento de los ácidos nucleicos

Es posible extraer RNA y DNA de las células, y las fracciones subcelulares de los virus, utilizando algunas de las propiedades mencionadas a continuación. También por las propiedades de solubilidad del RNA y DNA en soluciones salinas.

Propiedades del DNA
Insolubles en soluciones diluidas de NaCl
Soluble en soluciones concentradas de NaCl
Insoluble en alcohol
Puede ser disociado de la proteína por tratamiento con un detergente o un fenol

Propiedades del RNA
Soluble en soluciones diluidas de NaCl
Insoluble en alcohol
Puede ser disociado de las proteínas por tratamiento con un detergente o un fenol

Composición Bases y Secuencias de bases de los ácidos nucleicos

Composición de bases del RNA
El porcentaje de A,G,C y U de un RNA se determina por dos pasos .
1) Degradación hidrolítica completa del RNA para formar una mezcla de sus nucleótidos constituyentes
2) Un análisis cromatográfico de la mezcla (por lo regular con un método de intercambio iónico en columna)

La hidrólisis completa del RNA se puede lograr calentándolo con NaOH o mediante el uso de enzimas llamadas ribonucleasas.

A diferencia de la composición de bases del DNA, la del RNA, excepto ciertos RNA virales, no exhiben patrones comunes, excepto en que las 4 bases nitrogenadas siempre están presentes. Casa RNA tiene diferente composición se bases, tanto en purinas y pirimidinas como en cada base especifica.

Composición de bases de DNA

Existen algunas generalizaciones importantes, en los patrones de composición de bases nitrogenadas en el DNA independientemente de su origen (excepto DNA virales). Estas generalidades son:
1) El número de bases purínicas (A +G) está en equilibrio con el numero de bases pirimidínicas (T + C)
2) El número de residuos de adenina esta equilibrado con el número de residuos de timina
3) El número de residuos de guanina esta en equilibrio con el número de residuos de citosina.

Estructura de doble hélice de DNA

La molécula de DNA tiene una estructura de doble hélice integrada por dos cadenas alineadas con polaridad opuesta y retorcidas con giro hacia la derecha. Las bases purinicas y purimídicas están dentro de esta estructura, en la que las bases opuestas que se encuentran sobre las dos cadenas forman puentes de hidrógeno a todo lo largo de la doble cadena.

Apareamiento de bases

Siempre hay una purina unida por puentes de hidrógeno a una pirimida (purinas /
pirimidas), la adenina siempre esta unida por puentes de hidrógeno a la timina A = T y la guanina por puentes de hidrógeno a la Citosina G = C.

Secuencias Repetitivas

En las descripciones del DNA suele hacerse hincapié en la existencia de una sola copia de cada gen, cada uno con una sola secuencia de bases que codifica la síntesis de una RNA mensajero, un RNA de transferencia o un RNA ribosomal. Una excepción notable de mucho cromosomas es la existencia se copias múltiples de los genes de RNA ribosomal.

Sin embargo, en el DNA nuclear de los eucariontes, según la especie las secuencias genéticas únicas equivalen a solo del 10 a 50% de la información del DNA. Hasta hoy en día no se conoce ni el número de secuencias repetitivas ni su importancia biológica.

Virus (con relación a ácidos nucleicos)

La mayoría de los virus son partículas núcleo proteínicas que consisten en una molécula de ácido nucleico- el cromosoma viral (genoma) empacada en una vaina de proteínas. Los virus no se consideran una verdadera forma de vida puesto que solo se replican desde la infección a la célula.

También podemos encontrar caso de viroides o priones. Los viroides son un RNA viral “desnudo” y los priones son sustancias proteínicas libres o “desnudas” o partícula proteínica infecciosa.

Una característica única de los viroides es que la estructura original parece ser la de un RNA circular de cadena sencilla. Los estudios de la secuencia de bases del tiroides indican que hay una gran homología secuencial y también apoyan la posibilidad de apareamiento intramolecular de bases para generar cierto carácter de doble cadena en la estructura celular. Cuatro de los viroides cuyas secuencias se conocen hasta ahora tienen homología secuencial idéntica en uno de estos segmentos de doble cadena.

Conclusión

Como conclusión podemos decir que con este trabajo tenemos una vista mas amplia de lo que son los ácidos nucleicos, al igual que una información mas profunda de lo que son como por ejemplo en su forma molecular y sus componentes mas pequeños lo cual podemos definirlo como la bioquímica de los ácidos nucleicos, puesto que los estamos estudiando en su nivel molecular, o en su manera mas sencilla de cómo están compuestos o se encuentran organizados.

Bibliografía
Nason Albín, BIOLOGIA. Ed. Limusa, México,1965, pp. 158 – 162
Bohinsky, Bioquímica. Ed. Pearson Educación, quinta edición, México, 2000, pp. 228-274

La microbiología comienza desde la aparición de métodos que incluían la manipulación de microorganismos por el hombre; bajo este criterio, puede considerarse que sus inicios se remontan a las épocas de Babilonia y el Egipto Antiguo

Sin embargo, dado que anteriormente los seres humanos no sabían que existían organismos microscópicos y en consecuencia ignoraban también que estaban utilizando seres vivos para producir pan, cerveza y otros productos, se considera que la microbiología comenzó sólo un par de siglos atrás de nuestra época. Datos históricos revelan que la intuición de que existían organismos vivos tan pequeños que eran invisibles para los hojos del hombre datan desde el 200aC. Antes de esto ya había personas que creían algo parecido, pero con la gran diferencia de que no se imaginaban que estuvieran vivos.

Con la invención del microscopio por Leewenhoek (1632-1723), la existencia de los microorganismos dejó de ser intuición pura y se convirtió en una certeza; sin embargo pocos fueron los que mostraron fasinación en lo que los microscopios revelaban. En realidad, el tema cobró interés para la comunidad científica cuando Pasteur (1822-1895) rompió con la teoría de la Generación espontánea mostrando cómo un medio puede permanecer estéril aún permaneciendo comunicado con el exterior usando los frascos “cuello de ganso”, cuyas protuberancias impiden el paso a los microbios. Pasteur demostró también que esos organismos eran los causantes de las enfermedades y no los fermentos de los medios en putrefacción, así como que los microorganismos presentan tipos específicos de fermentación como medio anaeróbico para obtener energía. Jhonn Tyndall complementó las ideas de Pasteur al observar que los microorganismos presentan diferencias considerables en la capacidad para resistir altas temperaturas.

Los problemas más importantes a los que se enfrentaron los primeros investigadores fueron: el origen de los microorganismos, la clasificación y su relación con organismos superiores, causas de la fermentación y cura de enfermedades.

En 1838, Erenberg fue el primero en diseñar el primer criterio de clasificación de bacterias: dependiendo de la forma, las bacterias podían ser catalogadas como bastones, espiroquetas (espiral) ó cocos (esféricos). Se considera que la microbiología moderna comenzó con los trabajos de Joseph Lister (1827-1912); Lister fue el primero en curar heridas infectadas al notar que lo que llamamos putrefacción en los objetos no es sino lo mismo que lo que reconocemos como infección en los seres vivos. En el método antiséptico de Lister se usaba ácido fénico como desinfectante al aplicarlo directamente sobre las heridas, y es el modelo seguido por el método aséptico propuesto por Morton en 1846 que se usa hoy en día; la técnica es desinfectar primero los utensilios que entrarán en contacto con la herida.

Los grandes avances en la construcción de microscopios desarrollados por Ernest Abel, permitieron a Koch (1843-1910) realizar grandes aportaciones como el aislamiento de cultivos puros de microorganismos reproduciendo microbios en una placa de gelatina sólida “método de placa” (base del método actual), así como la caracterización del Mycobacterium tuberculosis, Staphyloccocus aureus, el espirilo del cólera, etc. por medio de lo que conocemos como los Postulados de Koch (lo que le valió el premio Novel). Koch aclara que para caracterizar un miroorganismo se requiere la presencia del mismo en todos los casos de enfermedad, después se debe extraer una muestra para realizar un cultivo puro (axénico), y que al entrar en contacto el cultivo con un organismo sano debe producir la misma enfermedad; finalmente, el microorganismo se aisla y debe comprobasre que es idéntico al original.

Actualmente, el conocimiento microbiológico se ha especializado tanto que lo encontramos divididos: la microbiología médica estudia los microorganismos patógenos y la posible cura para las enfermedades que producen, la inmunología averigua las causas de la aparición de las enfermedades desde una perspectiva inmunológica, la microbiología ecológica estudia el nicho que le corresponde a los microorganismos en el medio, la microbiología agricultural las relaciones existentes entre plantas y microorganismos, y la biotecnología los posibles beneficios que puede llavar para el hombre la explotación de microbios.

Bibliografía: BURDON.Microbiología.Ed.CRAT, México/Argentina 1971.

1. Un flagelo en posición polar o subpolar: flagelación monótrica
2. Un penacho de flagelos en posición polar: lofótrica
3. Un penacho de flagelos en ambos extremos: anfítrica
4. Flagelos repartidos por toda la superficie: perítrica
5. Finalmente, flagelos dispuestos en posición lateral agrupados en penachos o no

Los flagelos tienen una estructura helicoidal y están compuestos de la proteína flagelina, cuya composición es un poco excepcional, ya que es rica en aminoácidos glutámico y ácido aspártico, ausencia de triptófano y cisteína y escasez de aminoácidos básicos como la tirosina, prolina, histidina y metionina. La estructura de los flagelos se resuelve en tres partes: el filamento de flagelina, conectado a una estructura curva llamado codo o gancho y el cuerpo basal, compuesto por una estructura cilíndrica que se encuentra entre las envueltas celulares (pared, membrana celular, membrana externa, … ) a las que se une mediante una estructura de anillos, entre los que pasa un filamento. El gancho y el cuerpo basal tienen una composición distinta a la del filamento.

En el filamento, las subunidades de flagelina se disponen en una conformación cilíndrica con un canal en su interior. La forma y la longitud de onda del flagelo están determinadas por la estructura de la flagelina, por lo que cambios en su estructura provoca cambios en la estructura del flagelo.

El codo es una estructura curva que conecta al filamento con el cuerpo basal, actúa como si de una junta de unión de tratase entre el cuerpo basal y el filamento.

El cuerpo basal ancla el flagelo a las envueltas celulares y actúa a modo de motor.
En Gram negativas tiene dos pares de anillos atravesados por un filamento relacionados con la membrana externa y el peptidoglucano el primer par y con la membrana plasmática el segundo par, uno de ellos situado en el espacio periplasmático y el otro inmerso en la membrana celular. Los anillos se denominan respectivamente L (membrana externa), P (peptidoglucano), S (espacio periplasmático) y M (membrana celular). Bajo el anillo M, tres proteína están implicadas en la función motora y en el sentido de giro: FilG, Fil M y Fil N que parece que formarían un quinto anillo.
En Gram positivas sólo encontraremos un par de anillos, el formado por S y M

El flagelo bacteriano está formado por unas 50 proteínas, desde la flagelina a proteínas que intervienen en el ensamblaje o en la interacción con las envueltas externas de la célula o las proteínas que participan en los procesos quimiotácticos. La regulación génica de este sistema está mediada por un sistema de regulación en el que destaca el operón flhD, activador de los genes estructurales y fliA, que codifica un factor necesario para la expresión de los operones fliC (flagelina), motA y tar (proteínas relacionadas con la respuesta quimiotáctica).

El flagelo se ensambla empezando por el cuerpo basal. Cuerpo basal y codo tienen una longitud definida, mientras que el filamento tiene una estructura indefinida que depende de la síntesis de flagelina, la tasa de rotura de los filamentos y la tasa de incorporación de nueva flagelina. Las unidades de flagelina se trasladan por el hueco interior que deja el filamento hasta el extremo donde una proteína se encarga de colocarlas convenientemente.

Claves para entender estos apuntes:

1. Los flagelos bacterianos tienen una estructura distinta a los flagelos eucariotas
2. La fuerza motriz se obtiene por la actividad de una bomba de protones
3. Se insertan de diferentes maneras y posiciones en la superficie de la bacteria, por lo que se clasifican, de forma general, en bacterias con flagelación polar o perítrica
4. Tienen tres estructuras básicas: el cuerpo o corpúsculo basal, que es la zona de unión a la membrana celular y a las envueltas externas, el codo y el filamento
5. El filamento está compuesto de flagelina, una proteína que tiene unas características que la diferencian del resto por su composición en aminoácidos
6. Como las bacterias Gram Positivas y Gram Negativas se diferencian en cómo se estructuran sus envueltas externas, el cuerpo basal tiene una estructura diferente adaptada al tipo de pared celular
7. El flagelo se ensambla empezando por el cuerpo basal y las unidades de flagelina viajan por el canal que existe en el interior del filamento hasta su extremo, donde una proteína se encarga de organizarlas.

La tinción Gram es un tipo de tinción diferencial, es decir, no se tiñen del mismo modo todos los tipos celulares. Las bacterias reaccionan de dos formas distintas a esta tinción, las Gram positivas se ven al microscopio de color púrpura y las negativas de color rojo. Esta diferencia se debe a la estructura de la pared celular, no a su composición química. Aunque las Arqueobacterias responden a esta tinción diferencial, la química y estructura de sus paredes es distinta a la de la pared celular de las Eubacterias.

La pared celular en Eubacterias está formada por un estructura más o menos rígida de un peptidoglucano, la mureína. Las bacterias Gram positivas tienen este compuesto como componente mayoritario de sus paredes celulares (hasta el 90%), mientras que en las Gram negativas no lo es y no alcanza el 20% del total relativo. La pared celular de Gram negativas es una estructura en capas múltiples de bastante complejidad, mientras que las Gram positivas suele ser más gruesa y estar formada por un solo tipo de molécula.

El peptidoglucano es una molécula construida por un disacárido, formado por N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos a través de enlaces ß(1->4) repetido n veces, y un tetrapéptido unido a la N-acetilglucosamina que suele alternar aminoácidos L y D de alanina, D-ácido glutámico y lisina o ácido diaminopimélico. Estas cadenas se unen entre ellas formando una ultra estructura a través de enlaces peptídicos entre los aminoácidos que termina rindiendo una estructura rígida y continua que es la pared celular bacteriana. Las bacterias Gram positivas tienen diversas capas del peptidoglucano y las Gram negativas solo una, esto permite hacer una distinción empleada en sistemática.

El resultado de la unión del peptidoglucano en Gram negativas es una capa única que presenta zonas carentes de enlaces peptídicos. Los entrecruzamientos suelen ser enlaces peptídicos directos entre del grupo amino o del ácido diaminopimélico con el grupo carboxilo de la D-alanina terminal. En Gram positivas la unión se establece por entrecruzamientos del péptido, tanto con las cadenas del mismo nivel como de niveles distintos, cuya forma varía entre las especies.

En la forma en cómo se establecen los enlaces del peptidoglucano de la pared celular es el motivo de la tinción diferencial Gram. Ambos tipos de bacterias absorben el colorante a través de su pared celular, sin embargo, al lavar la extensión con alcohol, las células se deshidratan contrayéndose el peptidoglucano, como las Gram negativas dejan espacios en la estructuración de su pared celular sale el colorante de la célula, pero en las Gram positivas no. Cuando se trata la preparación con el segundo colorante, las Gram negativas se tiñen de rojo, pero las Gram positivas, que no han dejado salir el primer colorante, se ven de color púrpura.

Se presume que la pared celular bacteriana realiza estas funciones:

Por su rigidez, contrarresta la presión que ejerce sobre ella el protoplasto. A ello contribuye el grado de entrecruzamiento, la estabilidad del enlace ß(1 –> 4) y la configuración del tetrapéptido. A la vez que la estructura es rígida, también es flexible. Condiciona la forma celular, la manera en cómo se disponen las cadenas de peptidoglucano da lugar a la forma de la célula.

La Matriz y otros componentes en Gram positivas

Los peptidoglucanos de las bacterias Gram positivas están inmersos en una matriz compuesta de polímeros que le dan características antigénicas a la célula. Estos polímeros son los ácidos teicoicos, teicurónicos (cuando crecen en condiciones limitantes de fosfato) y lipoteicos.
Los polímeros de la matriz le confieren a la pared celular carga negativa neta, necesario para que la célula pueda asimilar cationes divalentes como el Mg++, son buenos antígenos cuando la bacteria no está recubierta por estructuras externas y son utilizados por los bacteriófagos como receptores específicos.

Algunas bacterias Gram positivas tienen de forma excepcional abundancia de lípidos en su pared celular, son las bacterias ácido-alcohol resistentes, esta propiedad es debida a la presencia en la pared celular de ácidos micólicos. El peptidoglucano, en este caso, sustituye el ácido N-acetilmurámico por N-glucolilmurámico y se encuentra relacionado por enlaces fosfodiéster con un arabinolactano. Este esqueleto está unido, además, por enlaces covalentes con los ácidos micólicos, es decir, la pared celular está compuesta de peptidoglucano + arabinolactano + ácidos micólicos y lípidos: glucolípidos o ceras.

La pared celular en Gram negativas.

El peptidoglucano está inmerso en un espacio llamado espacio periplasmático, que está delimitado por la membrana citoplasmática y la membrana externa.

La membrana externa es una bicapa lipídica muy asimétrica. En la monocapa externa hay proteínas y lipopolisacárido, mientras que en la monocapa interna el lipopolisacárido es sustituido por fosfolípidos y lipoproteínas. El resultado es una membrana con una fluidez menor que la membrana plasmática.

La membrana externa está unida al peptidoglucano por enlaces iónicos, hidrófobos y covalentes. La presencia de lipopolisacáridos le confiere algunas de las propiedades biológicas a estas bacterias, también se la llama endotoxina y está formado por tres dominios: el lípido A (indispensable para que sobreviva la célula y es el responsable de la menor fluidez de la membrana externa), el oligosacárido y una cadena lateral que le confiere propiedades antigénicas, el antígeno O. Las funciones del lipopolisacárido son un claro papel estructural por las propiedades del lípido A, la membrana es más resistente a los disolventes orgánicos y menos permeable a moléculas de carácter hidrofóbico, entre las que se encuentran los antibióticos, y constituye la endotoxina de las bacterias Gram negativas. La endotoxina es la responsable de los síntomas clínicos de muchas enfermedades como la inducción a la fiebre, hipotensión y actividad necrótica de los tejidos, entre otras.

Entre otros componentes de la membrana externa de bacterias Gram negativas, destacan unas proteínas llamadas porinas, se trata de unos trímeros que generan canales que permiten el paso de sustancias, reguladas por un complejo mecanismo genético que responde a la concentración de solutos en el medio.

La membrana externa es un filtro que permite el paso exclusivo de moléculas pequeñas, lo que es en sí una protección contra muchas sustancias que tienen actividad antibacteriana, por ejemplo la lisozima, cuya diana es el peptidoglucano. Regula las propiedades de la superficie, como la carga eléctrica.

El espacio periplasmático está delimitado por la membrana externa y la membrana celular. Consiste en un gel en el que se encuentra inmerso el peptidoglucano que contiene RNAasa, fosfatasa, moléculas de acción contra antibióticos como la penicilinasa, proteínas de transporte, y mensajeros de señales. Al tratarse de un gel, es una solución densa que parece que tiene como función adicional ayudar a la osmorregulación celular.

Lecturas:

RIETSCHEL, E.T., H. BRADE (1992): Endotoxinas bacterianas. Inv. y Ciencia 193: 16-24.
SHOCKMAN, G.D., J.F. BARRETT (1983): Structure, function, and assembly of cell walls of Gram-positive bacteria. Annu. Rev. Microbiol. 37: 501-527.
BROK, Microbiología, Prentice Hall Hispanoamericana ISBN 968-880-325-1

Claves para entender estos apuntes:

Una mirada global:

Cuando se tiñen extensiones celulares con una tinción diferencial, Gram, se distinguen dos grupos: uno se ve de color púrpura al microscopio y otro se ve de color rojo. Esto se debe a que el primer grupo retiene el primer colorante y el segundo no, por eso se les denominó Gram positivos (retienen el colorante) y Gram negativos (no lo retienen). El segundo colorante se utiliza para contrastar la muestra … sino los Gram negativos no se vería en el microscopio. Por tanto, la tinción Gram ocurre no por las características químicas de la pared celular, sino por su estructura física.

Esta diferencia revela una estructura distinta de la pared celular de las Eubacterias. Los componentes principales son los peptidoglucanos , que son los que le confieren las características generales a la pared celular, pero cada grupo tiene una estructura diferente. En la imagen puedes ver un esquema de la forma en cómo se estructura la pared celular de cada grupo, por supuesto las proporciones no son las reales, sólo es para que te hagas una idea de cómo se organizan. Bien, ahora ya sabes cuál es el motivo de la tinción diferencial y cómo está organizada la pared celular en ambos tipos

Entendiendo los componentes:

El principal, el peptidoglucano, son fibras formadas de una sucesión de un disacárido que se une por enlaces b(1->4), además lleva unido un tetrapéptido. Se establecen uniones a través de los aminoácidos del tetrapéptido y de esta forma se construye la pared. Las Gram negativas optaron por una pared más o menos sencilla cuyo componente principal es el peptidoglucano, pero las Gram negativas tienen una pared más compleja, pues hay una membrana externa de características distintas a la membrana celular, básicamente es menos fluida y tiene unas proteínas que forman unos canales a través de los que pasan moléculas de cierto tamaño, ¿dónde?, a un espacio que queda entre la membrana externa y la membrana celular, el espacio periplasmático, donde está el peptidoglucano

La membrana externa, además de fosfolípidos como la membrana celular, tiene polisacáridos y proteínas. La propiedad biológica de esta membrana es que es tóxica para mamíferos, produciendo las reacciones que se dan en las infecciones, como fiebre, inflamación, etc. También es un filtro selectivo ya que permite el paso de moléculas pequeñas de distintos pesos moleculares a través de unos canales formados por proteínas llamadas porinas, a la vez que impide que salgan las moléculas que hay en el espacio periplasmático, básicamente enzimas hidrolíticas y proteínas relacionadas con el transporte de sustancias.

En Gram positivos, que no tienen membrana externa, los ácidos teicoicos, son los responsables de la carga negativa de la superficie de la célula